Wat is lichtbreking? 1. Proef 1. Neem een bakje water en steek hier

Wat is lichtbreking?
1. Proef 1.
Neem een bakje water en steek hier schuin een potlood o.i.d. in. Wat zie je?
Het lijkt net, of het potlood onder water is
geknikt. Wat is hier aan de hand?
Figuur 1.
2. Proef 2.
We nemen een nieuw bakje water en laten hierop een gekleurde lichtstraal schuin invallen en kijken vanaf de zijkant:
Figuur 2.
We zien tot onze verbazing, dat de lichtstraal, op het moment van aanraking met het
water niet gewoon rechtdoor gaat, maar naar beneden afgebogen wordt. We noemen
dit: gebroken en dit verschijnsel heet: lichtbreking.
Hoe is dit te verklaren?
3. Lichtsnelheid
In de ruimte, buiten onze dampkring is er vrijwel niets. We noemen dit het luchtledige
of vacuüm. In het luchtledige plant een lichtstraal zich voort met de enorme snelheid
van ongeveer 300.000 km/sec (heel precies is dit 299.792.458 meter per seconde) Dit
is tevens de allerhoogste snelheid, die mogelijk is. Sneller kan niet.
Bereikt nu bijvoorbeeld een zonnestraal vanuit de ruimte (vacuüm) onze dampkring
(de lucht), dan zal de lichtsnelheid een heel klein beetje kleiner worden (ongeveer
0,03%). Komt de straal vervolgens in water, dan zal de snelheid nog ietsje verder afgeremd worden. We zeggen nu, dat lucht “optisch dichter” is dan vacuüm en water nog
Blz. 1 van 4
weer optisch dichter dan lucht. En door de remmende werking buigt de richting van de
lichtstraal af; de lichtstraal wordt gebroken.
4. Breking van het licht.
We tekenen de situatie uit figuur 2 nog eens schematisch na:
lichtstraal
n
lucht
water
breking naar de normaal toe
Figuur 3.
Zou de lichtstraal vallen volgens de getekende lijn n, dan treedt er weliswaar een vertraging op, maar die is niet als een vorm van breking waar te nemen; de straal gaat
gewoon rechtdoor. We noemen de lijn n de normaal. Het blijkt nu, dat bij een invallende lichtstraal van de ene stof (lucht) naar een optisch dichtere stof (water) er een
breking (afbuiging) optreedt naar de normaal toe.
Omgekeerd, bij een lichtinval naar een optisch minder dichte stof, ontstaat er een breking van de normaal af. Denk in figuur 3 de straal maar omgekeerd van richting.
5. Hoe zit het met het potlood uit figuur 1?
Het uiteinde van het potlood is zichtbaar door de twee rode getekende stralen, die in
ons oog komen. Die twee lichtstralen komen vanaf het punt x, maar nemen door de
breking op de grens van water en lucht een andere richting aan. Voor ons oog is het
echter net, alsof die lichtstralen komen uit het punt y, zodat het dus net lijkt, of het
potlood in het water een knik heeft:
Figuur 4.
Blz. 2 van 4
6. Hoe zit het met een gewone ruit?
n
n
glazen ruit
Figuur 5.
De bovenste lichtstraal valt loodrecht op het glas. Hier zal verder niets mee gebeuren.
De andere lichtstraal valt schuin op de ruit en zal in het glas een breking naar de normaal toe krijgen. Even later treedt de lichtstraal weer uit het glas en zal nu een breking
krijgen van de normaal af. Die breking is even groot, zodat er ten opzichte van de oorspronkelijke richting van de straal niets is veranderd. Wat we zien is een klein verspringing van het beeld, veroorzaakt door de dikte van het glas, maar dit zal verder
niet opvallen.
7.
Maar nu de breking in een prisma. Kleurschifting.
Figuur 6.
Een prisma is een driehoekig stuk glas. Van links komt er schuin invallend een lichtstraal. Van lucht naar glas treedt eerst een breking op naar de normaal toe. Bij de
tweede breking, van glas naar lucht, treedt een breking op van de normaal af, maar let
op, door de vorm van het prisma loopt hier de normaal anders en treedt er nog eens
een extra breking op. Op de tekening in figuur
6 is dit mooi te zien.
Maar, het licht is heel bijzonder! We hebben in
een eerdere les al eens gezien, dat wit licht
opgebouwd gedacht kan worden uit verschillende componenten, rood, groen en blauw.
wit licht
Wat blijkt nu? Rood, groen en blauw breken
verschillend en als we dat heel precies tekenen, dan zien we het ontstaan van de kleuren
van de regenboog
Figuur 7.
Blz. 3 van 4
Het prisma is dus in staat het witte licht te scheiden in alle afzonderlijke delen. We
noemen dit kleurschifting of dispersie.
Deze kleurschifting lukt alleen bij een tamelijk groot prisma: de lichtstraal moet de
gelegenheid krijgen om goed te kunnen uitwaaieren.
We kunnen het effect van kleurschifting mooi zien, als na een regenbui de zon even
doorbreekt. Het licht valt eerst op de regenwolk (allemaal druppeltjes) en komt er dan
aan de andere kant weer uit, waarbij er, net als bij het prisma, twee keer een breking
optreedt, met als resultaat: de bekende regenboog!
Figuur 8.
Blz. 4 van 4